美国空军在阿诺德基地探索高超音速3D打印技术

南极熊导读：高超音速是一项热门研究领域，人们希望可以研制出高于声音几倍速度的飞行器。为了达到超过5马赫的速度，金属需要不断突破极端环境下的高温。目前，已经有越来越多的高超音速研究人员，转向尝试使用3D打印技术，利用该技术独特的材料和技术，开发超级零件。

△美国空军的白橡树9号超高速风洞，正在测试末端高空区域防御（THAAD）导弹

2022年8月19日，南极熊获悉，美国空军正在马里兰州白橡树的阿诺德工程发展中心，测试3D打印在超高速风洞的作用。

超高速风洞早期的3D打印研究
该风洞由美国空军，用于高超音速地面测试和计算模拟的验证。该设施团队最初在七年前购买了一台桌面材料挤压机，但无法生产任何实质性的东西。2019年，9号风洞系统和氮气供应工程师Samuel Gigioli着手重新启动3D打印项目。这一次工程师们，利用该技术打印了塑料安装夹具、固定装置、量具和其它等工具。

末端高空区域防御（THAAD）导弹，旨在拦截和摧毁大气层内外的弹道导弹，而这些导弹正处于飞行的最后阶段。这里显示的THAAD导弹是在AEDC位于马里兰州白橡树的9号超高速风洞设施中，以收集高精度的静态稳定性和阻力数据。一旦证明，相同的测试模型和仪器将用于冯卡门气体动力学设施，以确认两个AEDC设施之间存在互补的测试能力。

因此，他们又购买了两台3D打印机，包括用于制造详细部件的大桶光聚合机，和一台大尺寸的长丝挤出机。通过内部3D打印，该小组能够在短短几小时内获得部件，而不是几周时间。Gigioli说：“已经有一些3D打印工具原型应用于风洞测试。事实上，一个非常关键的航空光学部件，就是采用我们的树脂3D打印机制作的，还有一些打印机制作测量或其它杂项部件。”

△3D打印耐高温金属衬垫特写

超高速风洞使用耐高温金属3D打印衬垫
2019年2月，该小组进行了更为先进的3D打印研究，使用激光粉末床融合技术，为9号风洞制作开启了一个耐高温金属3D打印硬件项目。其目的是缩短隧道内使用的高温部件的交货时间和成本。

Gigioli说："9号风洞的零件，持续面临着非常高的高压和高温，这些零件的寿命明显短于其它风洞内的零件。现在，采用3D打印技术，这些部件可以承受高达3000华氏度的高温（1648°度）。这就是为什么该技术制作金属的原因，在极端高温环境下变形相对较小的金属。"

Gigioli领导这个团队，管理材料、设备和打印机，同时与9号风洞首席设施工程师Nicholas Fredrick一起工作。一个承包商负责打印零件，管理生产工作流程，而另一个承包商提供打印粉末并进行材料特性分析。

△超高速风洞使用3D打印制造的耐高温金属衬垫。它是保障风洞在高马赫运行下的组件之一，它可以承受几千度的温度。外径约为3英寸，内径约为2英寸，长度为3英寸

在该团队打印的零件中，这个金属3D打印耐高温衬垫是超高速风洞稳定运行的关键结构件。该部件被放置在9号风洞的两个爆破隔膜之间，是隧道中作为高速阀门运行的一个组件的一部分。据Gigioli说，3D打印的衬垫比传统制造的对应部件性能更好。

"Gigioli表示：“该部件的制造成本更低，制造和交付速度更快，而且对循环温度负荷的弹性更强，3D打印工艺在材料中创造了非常独特的微观结构，因此，该零件的结构和热性能与传统的锻打金属坯料不同。"

接下来，该团队将测试一个3D打印的颗粒分离器，用于过滤隧道内空气中的颗粒，一旦完成，该部件将在九月左右在高马赫条件下进行测试。

随着先进的3D打印技术飞速发展，目前，全球参与高超音速军备竞赛的还有普渡大学、Astro America、Orbital ATK、Raytheon，以及VELO3D、GE和Lockheed Martin等。